BR112016002649B1 - Method and module for filtering a raw setpoint for a broker network in a system to tune an engine, system to tune a turbojet, and, turbojet - Google Patents
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Abstract
MÉTODO E MÓDULO PARA FILTRAR UM PONTO DE AJUSTE BRUTO PARA UMA REDE CORRETORA EM UM SISTEMA PARA REGULAR UM MOTOR, SISTEMA PARA REGULAR UM TURBORREATOR, E, TURBORREATOR Este módulo (5) permite a filtragem de um ponto de ajuste bruto (N1_CMD_OP) pretendido para uma rede corretora (6) em um sistema de regulação de motor (20). Ele compreende: - um módulo (54) para detectar uma condição de filtragem de dito ponto de ajuste bruto, e; - meio para prover dita rede corretora com um ponto de ajuste filtrado (N1_CMD_LIM) no lugar de dito ponto de ajuste bruto, quando a condição de filtração é detectada.METHOD AND MODULE FOR FILTERING A GROSS SETPOINT FOR A BROKER NET IN A SYSTEM FOR TUNING A ENGINE, SYSTEM FOR TUNING A TURBOREACTOR, AND, TURBOREACTOR This module (5) allows the filtering of a raw setpoint (N1_CMD_OP) intended for a corrective network (6) in a motor regulation system (20). It comprises: - a module (54) for detecting a filtering condition of said raw setpoint, and; - means for providing said broker network with a filtered setpoint (N1_CMD_LIM) in place of said raw setpoint, when the filtering condition is detected.
Description
[001] A invenção refere-se ao campo geral de gerenciamento de um ponto de ajuste em um motor.[001] The invention relates to the general field of managing a setpoint in a motor.
[002] Ela visa mais particularmente minimizar o problema de excesso como ocorre em particular em sistemas que operam em um modo de servo controle e no qual o valor ajustado temporariamente excede o nível do ponto de ajuste variável.[002] It aims more particularly at minimizing the overshoot problem as it occurs in particular in systems operating in a servo control mode and in which the set value temporarily exceeds the variable setpoint level.
[003] A invenção encontra uma aplicação particular, mas não limitativa, em um sistema para regular um turbojato, onde o papel de um tal sistema é manter o ponto de funcionamento do jato de modo a obter o empuxo requerido pelo piloto.[003] The invention finds a particular, but not limiting, application in a system for regulating a turbojet, where the role of such a system is to maintain the operating point of the jet in order to obtain the thrust required by the pilot.
[004] Especificamente, e em particular no campo de turborreatores, a fim de ser capaz de absorver este fenômeno de excesso, é necessário proporcionar uma margem de segurança entre a velocidade máxima a ser alcançada para dispensar o empuxo especificado e os limites de resistência mecânica do jato, com este sobredimensionamento levando, em forma prejudicial, a um aumento no peso do turbojato.[004] Specifically, and in particular in the field of turbojets, in order to be able to absorb this phenomenon of excess, it is necessary to provide a safety margin between the maximum speed to be reached to dispense the specified thrust and the limits of mechanical strength. of the jet, with this oversizing harmfully leading to an increase in the weight of the turbojet.
[005] No campo de turborreatores, a fim de evitar ou limitar os fenômenos de excesso, é prática comum agir sobre o ajuste da rede de corretor de controle de velocidade que gera o comando de vazão de combustível para as unidades de medição de combustível do turbojato.[005] In the field of turbojets, in order to avoid or limit the phenomena of excess, it is common practice to act on the adjustment of the speed control corrector network that generates the fuel flow command for the fuel metering units of the turbojet.
[006] Infelizmente, esses métodos degradam o desempenho do corretor, incluindo durante os estágios operacionais para os quais o ajuste inicial foi satisfatório. Eles também requerem unidades de medição que são rápidas e relativamente caras, a fim de serem capazes de responder aos pontos de ajuste transmitidos pela rede de corretor.[006] Unfortunately, these methods degrade the performance of the corrector, including during operational stages for which the initial adjustment was satisfactory. They also require measurement units that are fast and relatively expensive in order to be able to respond to setpoints transmitted by the broker network.
[007] A invenção visa, em particular, atenuar estas desvantagens.[007] The invention aims, in particular, to alleviate these disadvantages.
[008] A presente invenção satisfaz esta necessidade propondo um método de filtragem de um ponto de ajuste bruto para uma rede de corretor em um sistema para regular um motor. O método compreende: - uma etapa de detectar uma condição de filtragem para filtrar o ponto de ajuste bruto; e - uma etapa de suprimento de um ponto de ajuste filtrado para a rede de corretor em vez de o ponto de ajuste bruto, quando a condição de filtragem for detectada.[008] The present invention satisfies this need by proposing a method of filtering a raw setpoint for a corrector network in a system to regulate a motor. The method comprises: - a step of detecting a filtering condition to filter the raw setpoint; and - a step of supplying a filtered setpoint to the broker network instead of the raw setpoint, when the filtering condition is detected.
[009] Assim, e de um modo geral, a invenção propõe uma solução que procura filtrar o ponto de ajuste a montante da rede de corretor, tornando desse modo possível evitar todos os problemas inerentes à substituição ou ao ajuste da rede de corretor.[009] Thus, and in general terms, the invention proposes a solution that seeks to filter the upstream adjustment point of the broker network, thus making it possible to avoid all the problems inherent to the replacement or adjustment of the broker network.
[0010] Em uma implementação particular da invenção, a condição de filtragem é verdadeira quando a velocidade do motor excede um valor limiar de proteção.[0010] In a particular implementation of the invention, the filtering condition is true when the motor speed exceeds a protection threshold value.
[0011] Esta implementação particular torna possível com vantagem atuar apenas em velocidades do motor que são muito altas, perto dos limites de resistência mecânica do motor.[0011] This particular implementation makes it possible with advantage to operate only at motor speeds that are very high, close to the mechanical strength limits of the motor.
[0012] Em uma implementação particular da invenção: - o ponto de ajuste filtrado é limitado a um valor limiar, desde que a velocidade do motor não tenha se estabilizado em torno do ponto de ajuste filtrado; e - o ponto de ajuste filtrado é progressivamente aumentado até atingir o ponto de ajuste bruto uma vez que a velocidade do motor tenha estabilizado em torno do ponto de ajuste filtrado.[0012] In a particular implementation of the invention: - the filtered setpoint is limited to a threshold value, as long as the motor speed has not stabilized around the filtered setpoint; and - the filtered setpoint is progressively increased until reaching the raw setpoint once the motor speed has stabilized around the filtered setpoint.
[0013] Esta implementação torna possível diminuir gradientes de velocidade no final da aceleração de modo a aproximar-se do ponto de ajuste final suficientemente de modo lento para evitar excesso.[0013] This implementation makes it possible to decrease velocity gradients at the end of the acceleration in order to approach the final setpoint slowly enough to avoid overshoot.
[0014] De modo correspondente, a invenção também proporciona um módulo para filtrar um ponto de ajuste bruto para uma rede de corretor em um sistema para regular um motor, o módulo compreendendo: - um módulo para detectar uma condição de filtragem para filtrar o ponto de ajuste bruto; e - meios para suprimento da rede de corretor com um ponto de ajuste filtrado em vez do ponto de ajuste bruto, quando a condição de filtragem for detectada.[0014] Correspondingly, the invention also provides a module for filtering a raw setpoint for a broker network in a system for regulating a motor, the module comprising: - a module for detecting a filtering condition to filter the point gross fit; and - means for supplying the broker network with a filtered setpoint instead of the raw setpoint, when the filtering condition is detected.
[0015] A invenção também proporciona um sistema para regular um turbojato e incluindo um módulo de filtro como mencionado acima, uma rede de corretor, um jato, e uma velocidade de sensor.[0015] The invention also provides a system for regulating a turbojet and including a filter module as mentioned above, a corrector network, a jet, and a speed sensor.
[0016] A invenção também fornece um turbojato, incluindo um sistema regulador tal como mencionado acima.[0016] The invention also provides a turbojet, including a regulator system as mentioned above.
[0017] Outras características e vantagens da presente invenção aparecem a partir da descrição seguinte, feita com referência aos desenhos anexos, que mostram uma forma de realização sem carácter limitativo.[0017] Other features and advantages of the present invention appear from the following description, made with reference to the accompanying drawings, which show a non-limiting embodiment.
[0018] Nas figuras: A Figura 1 é uma vista esquemática de um turbojato numa forma de realização particular da invenção; A Figura 2 mostra um sistema regulador numa forma de realização particular da invenção; A Figura 3 mostra um princípio para filtragem de um ponto de ajuste de acordo com uma implementação particular da invenção; A Figura 4 é um diagrama que mostra um módulo de filtro de acordo com uma forma de realização particular da invenção; A Figura 5 é um diagrama que mostra um limitador de gradiente que pode ser utilizado no módulo de filtro Figura 4; e A Figura 6 é um fluxograma que mostra as etapas principais de um método de filtragem de ponto de ajuste de acordo com uma implementação particular da invenção.[0018] In the figures: Figure 1 is a schematic view of a turbojet in a particular embodiment of the invention; Figure 2 shows a regulatory system in a particular embodiment of the invention; Figure 3 shows a principle for filtering a setpoint according to a particular implementation of the invention; Figure 4 is a diagram showing a filter module according to a particular embodiment of the invention; Figure 5 is a diagram showing a gradient limiter that can be used in the filter module Figure 4; and Figure 6 is a flowchart showing the main steps of a setpoint filtering method in accordance with a particular implementation of the invention.
[0019] A Figura 1 é um diagrama de um turbojato de aeronave 1, de acordo com uma forma de realização particular da invenção.[0019] Figure 1 is a diagram of an
[0020] De uma maneira conhecida, o turbojato de eixo longitudinal X-X compreende, em particular, um ventilador 42 que dispensa uma corrente de ar para uma passagem de fluxo de corrente primária 44 e para uma passagem de fluxo de corrente secundária 46 que é coaxial em torno da passagem de fluxo de corrente primária.[0020] In a known manner, the X-X longitudinal axis turbojet comprises, in particular, a
[0021] De montante para jusante, na direção do fluxo da corrente de gás que passa de modo atravessante, a passagem de fluxo de corrente primária 44 inclui: um compressor de baixa pressão 48; um compressor de alta pressão 50; uma câmara de combustão 52; uma turbina de alta pressão 54; e uma turbina de baixa pressão 56. O turbojato 1 é regulado por um sistema regulador 20 da invenção e mostrado na Figura 2. De um modo geral, o sistema regulador determina um ponto de ajuste de vazão de combustível WF32C e faz com que o combustível seja injetado no turbojato quando uma função do ponto de ajuste de vazão de combustível, conforme determinado.[0021] From upstream to downstream, in the flow direction of the gas stream passing through, the primary
[0022] Na forma de realização presentemente descrita, o sistema regulador 20 compreende um módulo de filtro 5 de acordo com a invenção, uma rede de corretor 6, um jato 7, e um sensor de velocidade 8.[0022] In the presently described embodiment, the
[0023] De uma maneira conhecida, a rede de corretor 6 proporciona o ponto de ajuste de fluxo de combustível WF32C para o jato 7 como uma função da diferença entre o ponto de ajuste da velocidade do motor N1_CMD_LIM e uma velocidade do motor medida N1_MES como determinado pelo sensor de velocidade de 8.[0023] In a known manner, the
[0024] De modo notável, o ponto de ajuste da velocidade do motor N1_CMD_LIM, conforme determinado pelo módulo de filtração 5 é um ponto de ajuste que é filtrado sobre aproximação dos limites de resistência mecânica do turbojato 1.[0024] Notably, the engine speed setpoint N1_CMD_LIM as determined by
[0025] Na forma de realização presentemente descrita, o módulo de filtro 5 determina o ponto de ajuste da velocidade do motor filtrado N1_CMD_LIM como uma função de um ponto de ajuste da velocidade do motor bruto C1_CMD_OP, que é proporcional à posição de uma alavanca de acelerador 4 controlada por um piloto da aeronave, e como uma função das velocidades do motor medidas N1_MES, como determinado pelo sensor de velocidade.[0025] In the presently described embodiment, the
[0026] A Figura 3 mostra o princípio em que o módulo de filtro 5 opera. Nesta figura: - o eixo de abcissas é um eixo de plotagem de tempo t; - o eixo das ordenadas mostra a velocidade do motor, isto é, neste exemplo, a velocidade de rotação da bobina 50, 54 de alta pressão; - o limite de velocidade do motor N1_MAX definido pelas características mecânicas do turbojato; - o ponto de ajuste da velocidade do motor bruto N1_CMD_OP; - o ponto de ajuste da velocidade do motor filtrado N1_CMD_LIM; e - a velocidade do motor medida N1_MES.[0026] Figure 3 shows the principle on which
[0027] De acordo com a invenção, o motor de velocidade de referência N1_CMD_LIM filtrado é regulado, em três estágios, isto é: - um primeiro estágio sem proteção (PNP), desde que o ponto de ajuste da velocidade do motor bruto N1_CMD_OP seja menor que um limiar de proteção SEUIL_PROT, durante em cujo estágio o ponto de ajuste filtrado N1_CMD_LIM corresponde exatamente ao ponto de ajuste bruto N1_CMD_OP, sem a correção do ponto de ajuste bruto ser realizada; - uma estabilização, o segundo estágio (PSTAB) durante o qual o ponto de ajuste da velocidade do motor filtrado N1_CMD_LIM é forçado ao valor do limiar de proteção SEUIL_PROT quando o ponto de ajuste da velocidade do motor bruto N1_CMD_OP excede este limiar de proteção SEUIL_PROT e desde que a velocidade do motor N1_MES não tenha se estabilizado em torno do ponto de ajuste da velocidade do motor limitado N1_CMD_LIM; e - uma aceleração moderada, o terceiro estágio (PAM) durante o qual o ponto de ajuste da velocidade do motor limitado N1_CMD_LIM é feito progressivamente a aproximar-se do ponto de ajuste da velocidade do motor bruto N1_CMD_OP seguindo uma rampa moderada RMP, uma vez que a velocidade do motor N1_MES tenha se estabilizado em torno do ponto de ajuste filtrado N1_CMD_LIM para uma duração de estabilização DSTAB.[0027] According to the invention, the filtered reference speed motor N1_CMD_LIM is regulated, in three stages, that is: - a first stage without protection (PNP), provided that the raw motor speed setpoint N1_CMD_OP is less than a SEUIL_PROT protection threshold, during which stage the filtered setpoint N1_CMD_LIM exactly matches the raw setpoint N1_CMD_OP, without the raw setpoint correction being performed; - a stabilization, the second stage (PSTAB) during which the filtered motor speed setpoint N1_CMD_LIM is forced to the value of the SEUIL_PROT protection threshold when the raw motor speed setpoint N1_CMD_OP exceeds this protection threshold SEUIL_PROT and provided the motor speed N1_MES has not stabilized around the limited motor speed setpoint N1_CMD_LIM; and - a moderate acceleration, the third stage (PAM) during which the limited motor speed setpoint N1_CMD_LIM is made progressively approaching the gross motor speed setpoint N1_CMD_OP following a moderate RMP ramp, once that the motor speed N1_MES has stabilized around the filtered setpoint N1_CMD_LIM for a DSTAB stabilization duration.
[0028] Na realização presentemente descrita, a duração de estabilização DSTAB é selecionada para ser cerca de 0,5 segundos (s) e a rampa RMP tem um gradiente de cerca de 200 rotações rpm/s permitindo que o nível de controle nominal seja alcançado em cerca de 0,8 s.[0028] In the presently described embodiment, the DSTAB stabilization duration is selected to be about 0.5 seconds (s) and the RMP ramp has a gradient of about 200 rpm rpm allowing the nominal control level to be reached in about 0.8 s.
[0029] A Figura 4 mostra um módulo de filtro em uma forma de realização particular da invenção.[0029] Figure 4 shows a filter module in a particular embodiment of the invention.
[0030] Na descrição abaixo, a consideração é dada aos sinais e os parâmetros que são amostrados com um período de amostragem Te. A título de exemplo, este período de amostragem pode ser da ordem dos 20 milissegundos (ms) para 40 ms.[0030] In the description below, consideration is given to signals and parameters that are sampled with a sampling period Te. By way of example, this sampling period can be on the order of 20 milliseconds (ms) to 40 ms.
[0031] No entanto, deve observar-se que a invenção podia ser igualmente bem implementada utilizando sinais e parâmetros que são contínuos.[0031] However, it should be noted that the invention could be equally well implemented using signals and parameters that are continuous.
[0032] Como descrito acima, o módulo de filtro 5 recebe como entrada o ponto de ajuste da velocidade do motor bruto N1_CMD_OP e a medição da velocidade do motor N1_MES; e emite o ponto de ajuste da velocidade do motor filtrado N1_CMD_LIM.[0032] As described above,
[0033] Na implementação presentemente descrita, o módulo de filtro 5 inclui um limitador de gradiente 52, descrita abaixo com referência à Figura 5, que é adequado para retornar um valor N1_LIM_OVSH em conformidade com o estágio PNP sem proteção acima descrito, o estágio de estabilização PSTAB, e o estágio de aceleração moderada PAM. Mais precisamente, o valor N1_LIM_OVSH: - é igual ao limiar de proteção SEUIL_PROT durante a estágio sem proteção PNP e o estágio de estabilização PSTAB; e - aumenta progressivamente a partir do limiar de proteção SEUIL_PROT para o ponto de ajuste da velocidade do motor bruto N1_CMD_OP seguindo a rampa RMP durante o estágio de aceleração moderada PAM.[0033] In the presently described implementation, the
[0034] Na implementação presentemente descrita, o ponto de ajuste da velocidade do motor filtrado N1_CMD_LIM é o mínimo do valor N1_LIM_OVSH retornado pelo limitador de gradiente 52 e o ponto de ajuste da velocidade bruto do motor N1_CMD_OP (referência do módulo MIN 53 na Figura 4).[0034] In the presently described implementation, the N1_CMD_LIM filtered motor speed setpoint is the minimum of the N1_LIM_OVSH value returned by
[0035] O módulo de filtro 5 inclui um módulo 54 adequado para determinar se a velocidade do motor N1_MES estabilizou em torno do ponto de ajuste da velocidade do motor filtrado N1_CMD_LIM a uma duração DSTAB, cuja condição é necessária para o estágio de estabilização PSTAB.[0035]
[0036] Na implementação presentemente descrita, o módulo 54 compreende: - um subtrator 540 adequado para obter a diferença entre a medição da velocidade do motor N1_MES (n) e o ponto de ajuste da velocidade do motor filtrado N1_CMD_LIM (n-1) na amostra anterior (elemento de retardo 57, Figura 4); - um elemento 542 conhecido para a pessoa especializada na técnica e adequado para determinar o valor absoluto desta diferença; - um comparador 544 adequado para comparar o valor absoluto com um limiar de estabilização SEUIL_STAB perto de zero; e - um contador 546 adequado para retornar um sinal N1_STAB de valor VERDADEIRO, assim que a entrada I do contador 546 seja verdadeira para a duração DSTAB.[0036] In the presently described implementation,
[0037] O limitador de gradiente 52 é descrito com referência à Figura 5. Ele recebe como entrada: - um valor gradiente GMAX determinado por um seletor de gradiente 56, que é igual a zero quando a velocidade do motor N1_MES não estabilizou (N1_STAB = FALSO), e que é igual a um valor de gradiente de rampa GRAMP quando a velocidade do motor tiver estabilizado (N1_STAB = VERDADEIRO); e - o valor e máximo e entre o ponto de ajuste da velocidade do motor bruto N1_CMD_OP e o limiar de proteção SEUIL-PROT (módulo MAX, referência 57 na Figura 4). Quando o sistema inicia, o valor e é, portanto, igual a SEUIL_PROT.[0037]
[0038] O limitador de gradiente 52 inclui um retardo 520 que é inicializado no limiar de proteção SEUIL_PROT e que é adequado para fornecer o valor do sinal de saída na amostra anterior N1_LIM_OVSH (n-1).[0038]
[0039] O limitador de gradiente N1_LIM_OVSH e 52 inclui um módulo subtrator 522 adequado para calcular a diferença entre o valor de entrada e N1_LIM_OVSH (n-1). Durante todo o estágio sem proteção PNP, a saída do módulo subtrator 522 é, portanto, igual a zero.[0039] The gradient limiter N1_LIM_OVSH and 52 includes a
[0040] O limitador de gradiente 52 inclui um módulo 524 adequado para determinar o mínimo entre a saída do módulo subtrator 522 e o valor GMAX, que é igual a zero, desde que a velocidade do motor não tenha estabilizado.[0040]
[0041] O limitador de gradiente inclui um módulo somador 526 adequado para fornecer o sinal de saída N1_LIM_OVSH (n) pela adição da saída do módulo 524 e o valor do sinal de saída na amostra anterior N1_LIM_OVSH (n-1).[0041] The gradient limiter includes an
[0042] Durante todo o Estágio sem proteção PNP, o sinal de saída N1_LIM_OVSH é, portanto, igual ao limiar de proteção SEUIL_PROT.[0042] During the entire Stage without PNP protection, the output signal N1_LIM_OVSH is therefore equal to the protection threshold SEUIL_PROT.
[0043] Quando o limiar da velocidade do motor bruto N1_CMD_OP excede o limiar de proteção SEUIL_PROT, a saída do módulo subtrator 522 torna-se positivo.[0043] When the raw motor speed threshold N1_CMD_OP exceeds the SEUIL_PROT protection threshold, the output of the
[0044] Contudo em todo o estágio de estabilização PSTAB, o valor do gradiente GMAX determinado pelo seletor gradiente 56 permanece zero, de modo que o sinal de saída N1_LIM_OVSH permaneça igual ao limiar de proteção SEUIL_PROT.[0044] However throughout the PSTAB stabilization stage, the GMAX gradient value determined by
[0045] Uma vez que a velocidade do motor N1_MES tenha se estabilizado em torno do ponto de ajuste da velocidade do motor filtrado N1_CMD_LIM, o valor do gradiente GMAX assume o valor de gradiente de rampa GRAMP de tal forma que o sinal de saída N1_LIM_OVSH aumenta progressivamente a partir do limiar de proteção SEUIL_PROT até o ponto de ajuste da velocidade do motor bruto N1_CMD_OP, seguindo a rampa RAMP do estágio de aceleração moderada PAM.[0045] Once the motor speed N1_MES has stabilized around the filtered motor speed setpoint N1_CMD_LIM, the gradient value GMAX takes on the gradient gradient value GRAMP such that the output signal N1_LIM_OVSH increases progressively from the SEUIL_PROT protection threshold to the gross motor speed setpoint N1_CMD_OP, following the RAMP ramp of the moderate acceleration stage PAM.
[0046] A Figura 6 mostra um método do filtro de ponto de ajuste de acordo com uma implementação particular da invenção.[0046] Figure 6 shows a method of the setpoint filter according to a particular implementation of the invention.
[0047] Este método tem uma etapa durante a qual E10 é verificado se a condição de filtragem para filtrar o ponto de ajuste bruto é verdadeira. Na implementação presentemente descrita, consiste em verificar se o ponto de ajuste embruto N1_CMD_OP é maior do que o limiar de proteção SEUIL_PROT. Se não, então o ponto de ajuste bruto é enviado para a rede de corretor 6 sem modificação.[0047] This method has a step during which E10 is checked if the filtering condition to filter the raw setpoint is true. In the presently described implementation, it consists of checking whether the N1_CMD_OP raw setpoint is greater than the SEUIL_PROT protection threshold. If not, then the raw setpoint is sent to
[0048] Se a condição de filtragem for detectada, assim, durante uma etapa E20, verifica-se se a velocidade do motor N1_MES estabilizou em torno do ponto de ajuste filtrado N1_CMD_LIM. Se não, o ponto de ajuste filtrado enviado para a rede de corretor 6 é limitado ao valor do limiar de proteção SEUIL_PROT (etapa E30).[0048] If the filtering condition is detected, thus, during an E20 step, it is verified if the motor speed N1_MES has stabilized around the filtered setpoint N1_CMD_LIM. If not, the filtered setpoint sent to
[0049] Uma vez que a velocidade do motor N1_MES tenha estabilizada em torno do ponto de ajuste filtrado N1_CMD_LIM, assim, o ponto de ajuste filtrado N1_CMD_LIM é aumentado progressivamente até atingir o ponto de ajuste bruto N1_CMD_OP (etapa E40).[0049] Once the motor speed N1_MES has stabilized around the filtered setpoint N1_CMD_LIM, thus, the filtered setpoint N1_CMD_LIM is progressively increased until reaching the raw setpoint N1_CMD_OP (step E40).
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